傘式多用飛行器

4/4武漢大學(xué)《航空航天技術(shù)概論》作業(yè)二題目：傘式多用飛行器的設(shè)計與運用學(xué)院:動力與機械學(xué)院專業(yè):核工程與核技術(shù)姓名：王夫瑞學(xué)號：２０每個人都有過這種痛苦的經(jīng)歷：堵車,想必每個人也都被這個問題傷透了腦筋。有時更折磨人的是好不容易道路交通終于正常了，恰恰等到自己走到下一個路口時,悲催的發(fā)現(xiàn),紅燈亮了，于是等待,等待,短短的幾十秒?yún)s在等待中變得那么漫長,然后接著，堵車，紅燈,堵車…在車內(nèi)聽著廣播里專家們似乎千年如一日的敘述著溫室效應(yīng),號召著大家如何綠色出行，而自己真正擔(dān)心卻是今日上班又該遲到了,這個月的獎金恐怕又要被扣除了,然后心里暗暗后悔，不斷埋怨著自己，埋怨為什么不早起那么幾分鐘，為什么昨晚沒把鬧鐘早定那么幾分鐘呢…有時或許會幻想，如果要是能飛那該多好??？還有那些沒有開車而采取步行的人，確實是以實際行動貫徹了綠色出行的號召，也一定程度上避免了交通擁擠的困惑，可是,當(dāng)嚴(yán)寒中吹著刺骨的寒風(fēng)時，下雨時撐著手中的雨傘卻仍然無法避免雨水打濕衣服的狼狽情形時，當(dāng)夏天打著太陽傘在嬌熱的陽光下排隊等綠燈時…你是不是也在心里想著，如果能飛的話該多好?。楷F(xiàn)在有很多人都在設(shè)想著讓現(xiàn)有的交通工具如汽車變?yōu)槎鄺?能飛能潛，還能跑?？墒?，先不糾結(jié)于研制時所面臨的困難有多大，就算研制出來時他還是會占有相當(dāng)?shù)捏w積，也會在一定程度上產(chǎn)生相應(yīng)的交通問題,當(dāng)然實用性和方便性也有待考究。難道就沒有簡單點的方法或是工具么？現(xiàn)在，我們把目光放在現(xiàn)實生活中，會發(fā)現(xiàn),如今酷暑炎熱的天氣下，出門時幾乎每個人手里都會撐著一把傘,傘以其自身特有的方便快捷實用的特點，已經(jīng)成為每個家庭必備的生活用品。況且我國自古就有一句俗語：飽帶干糧,晴帶傘.更何況傘的體積也不是很大，更方便于隨身攜,那我們能不能把我們的思路寄托在這小小的雨傘上呢？讓它晴天時為我們遮陽光,下雨時為我們遮風(fēng)雨，遇到道路交通擁擠時滿足我們小小的心愿-飛行呢？其實，這一切看上去又或許不是真的不可能。我們普通見到的傘的形狀大概如下圖所示:5接交線4接交點5接交線4接交點傘面1傘面23傘把6頂端如圖，1，2分別是傘的兩個折面,３是傘的把手，4為傘的主體支架與把手的接交處，５是1，2兩個折面的接交線。我們的主要目的是想讓雨傘通過一定的改造之后能夠像簡易的飛行器一樣達(dá)到飛行的目的,對于它的起飛動力來源，我們是否可以參考直升飛機呢？直升機通過發(fā)動機驅(qū)動旋翼提供升力,把直升機舉托在空中,主發(fā)動機同時也輸出動力至尾部的小螺旋槳,機載陀螺儀能偵測直升機回轉(zhuǎn)角度并反饋至小螺旋槳，通過調(diào)整小螺旋槳的螺距可以抵消大螺旋槳產(chǎn)生的不同轉(zhuǎn)速下的反作用力。那我們能不能在傘面上進(jìn)行改使其在一定條件下能夠進(jìn)行再次組裝形成類似于常見的直升機頂端的那個大大的螺旋槳呢？如上圖,我們能夠發(fā)現(xiàn),傘面1與傘面二有個交線，那是否能夠讓它們分離然后讓傘面1形成能夠在一定的動力系統(tǒng)下高速旋轉(zhuǎn)的類似于直升機的螺旋槳能夠產(chǎn)生升力的葉面呢?通過科技的發(fā)展，這一點不會成為太大的困難。我們可以通過內(nèi)置在主架支撐桿之中的操作系統(tǒng)經(jīng)過一定的操作使得傘面1與傘面2得到分離，傘面運用特殊的材料制作而成，當(dāng)傘面分離的同時傘面1與傘面２之間的支桿進(jìn)行延伸，傘面1與傘面2原本相連的支撐細(xì)骨架也得到分離,傘面2上層再次出現(xiàn)另一遮擋面（避風(fēng)雨）。當(dāng)傘面1與傘面2分離成功之后,傘面1達(dá)到整個傘的最頂端，此時傘面１的支撐架再次擴伸，使其形成平面，初步具有能夠旋轉(zhuǎn)的形狀。傘面1與主體支撐桿之間通過輪軸鏈接轉(zhuǎn)動.接著，傘面1是作為近似于直升飛機上螺旋槳的作用而言的，那他必須要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直升機中運用電機帶動螺旋槳的轉(zhuǎn)動,于是我們必須要對傘面1進(jìn)行安裝動力系統(tǒng)進(jìn)行帶動它的轉(zhuǎn)動。我們可以在傘面1與分離后的傘面2之間的支桿部分安裝小的電機（這里鑒于傘的實用性必須要求所有材料都要滿足小而輕的特點，現(xiàn)在或許無法實現(xiàn),但科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該可以找到這些材料,下文對材料的特殊性不再具體說明）,然后讓其帶動傘面１的旋轉(zhuǎn),使其整個傘可以產(chǎn)生向上的浮力.但是，單靠傘面一的轉(zhuǎn)動是無法使傘前進(jìn)的,結(jié)合直升機的尾部的小螺旋槳，我們能否再進(jìn)行一些創(chuàng)造呢?仔細(xì)觀察傘的形狀,這時可以打通傘的頂端6處，通過使傘面1運轉(zhuǎn)的電動機，使空氣經(jīng)過６處進(jìn)入被壓縮，然后經(jīng)過空心的主體支撐管，氣體經(jīng)過傘手把3處高速度排出，提供一個向前的動力（類似于噴氣式飛機）。人搭載傘上不能一直握著傘把吊在空中前進(jìn)。為了人搭載時的舒適效果，我們的傘把必須要做一些改進(jìn).傘面展開后,我們通過控制，使得傘把由原來的圓柱形，對稱裂開,形成腳踏,這樣人在行近的過程中可以根據(jù)自己的身高改變主體支架的長度，然后手握支桿，腳踩腳踏隨傘前行。但是如果傘面突發(fā)狀況無法很好地保持安全降落，或者無法更有效地控制器飛高度，我們該怎么辦呢？從安全角度看，這一點是必須要考慮的。據(jù)新聞報道，美國最新的戰(zhàn)機可以改變噴射氣體方向從而達(dá)到改變起飛方向的目的。這里，我們可以借鑒一下。前文有說過,空氣通過6處電動機的壓縮氣體可以從傘的手把3處排出,我們可以在傘手把與主體支撐桿連接處做下手腳,使得氣體可以通過開關(guān)控制，一部分通過傘把３排出,另一部分通過主體桿底端4處開口處排出，這樣可以通過控制３處噴出的氣體量及速度（可以根據(jù)流體力學(xué)改變噴射速度）來達(dá)到控制飛行速度大小的目的,而通過4排出的氣體再次聯(lián)合傘面1就可以達(dá)到控制高度的目的。如果這樣設(shè)計的話，在進(jìn)行著陸時，還可以通過控制4處排出氣體的速度或流量達(dá)到軟著陸的效果，從而也增強了一定的安全性能。經(jīng)過以上的分析,可知，電動機在這個飛行器中扮演者很重要的角色。但是因為傘作為人的必備生活用品,也為達(dá)到我們最初設(shè)計該飛行器的目的就是便捷，電動機的動力來源不能是現(xiàn)在發(fā)動機所用的化石油產(chǎn)品,它必須也要滿足輕巧的特點.我們知道美國曾經(jīng)發(fā)射的旅行者號探測衛(wèi)星采用的是核動力,又鑒于，目前我們可以控制核裂變釋放出能量供我們使用。因此我們可以考慮采用微型核電池，依靠它釋放的大量能源供給電動機工作。然后隨著科技的發(fā)展,反物質(zhì)或是聚變反應(yīng)或許也將會是另一種動力來源的可能。（因為雨傘材料的特殊性，此處輻射問題應(yīng)該可以解決）。然而，就像飛機飛行時害怕飛鳥攻擊一樣,為了確保人身安全，必須在行進(jìn)過程中加強對人身體的保護(hù)。于是我們可以想到,在傘面1與傘面２分離,傘面1形成可旋轉(zhuǎn)頁面時，傘面2由之前卷藏在２下的部分復(fù)原,以支撐主架為中心軸形成透明圓柱面圍繞人身周圍,達(dá)到屏障的作用。輪軸綜合效果圖如下：輪軸保護(hù)屏障傘面1保護(hù)屏障傘面1進(jìn)氣口電動機核電池槽傘面2控制開關(guān)腳踏排氣孔高速旋轉(zhuǎn)?基本控制過程如下:起飛時：通過控制開關(guān)，主體支撐桿伸長，使得傘面1與傘面２分離，保護(hù)屏障降落，腳踏分離,核電池啟動，電機運轉(zhuǎn)，一方面使得傘面1高速旋轉(zhuǎn)，如直升機般產(chǎn)生升力；另一方面,從進(jìn)氣口吸氣壓縮后形成高速氣體流分別從兩個排氣孔流出。通過開關(guān)控制流速大小,產(chǎn)生向前或向上的推力，進(jìn)而達(dá)到控制高度與速度的目的。降落時:通過控制開關(guān)，關(guān)閉向后排氣孔,減小輪軸旋轉(zhuǎn)速度，增大向下排氣孔的流量與流速，緩慢降落，電動機停止轉(zhuǎn)動,收起保護(hù)屏障，傘面1與傘面2重新聚合，腳踏重新組合成傘把,主體支撐桿收縮，核電池自動斷電,飛行任務(wù)結(jié)束,重回傘的最初形態(tài)。于是，至此，傘式多用飛行器的構(gòu)造及其運行過程就此表述完畢.不過命名它為多用，但這多字到底體現(xiàn)在何處?未來又有什么應(yīng)用的可能呢?首先,平時他可以作為一個普普通通的傘來使用，遮風(fēng)擋雨，遮擋陽光；再者,就像我們文章開頭所述那樣，在遇到交通擁擠或者勞累腿酸的過程中，我們可以啟動控制開關(guān),讓其飛行起來你，作為我們普通的代步工具。不過,我們是否還可以運用它做另外一些更為有意義的事情呢？于是我們設(shè)想一下，如果在主體支撐桿中裝入自動控制系統(tǒng)，使其能夠自動運行的話,那這飛行器的作用就可以變得更為寬泛了。在其自動控制飛行的基礎(chǔ)上，我們能夠在支管內(nèi)部電動機壓縮空氣的路徑中安裝微型分析儀器，使得空氣可以從中經(jīng)過，繼而可以被分析檢測當(dāng)前時間空氣組成,進(jìn)而分析空氣質(zhì)量.再者可以對于傘面1進(jìn)行特殊材料的制作,對于一定高度空中各種射線能夠吸收分析，這樣就可以飛入臭氧層,監(jiān)測臭氧層的變化，一定程度上也可以為人類研究溫室效應(yīng)提供依據(jù)。另一方面,我們在傘把上面安裝紅外探測器,高分辨率攝像機，我們就可以完成更